Основные законы излучения

Скорость переноса энергии в виде электромагнитного излучения называется потоком электромагнитной радиации или лучистым потоком, измеряющимся в единицах энергии на единицу времени.

и измеряется в джоулях на секунду, или в ваттах. Например, поток

электромагнитного излучения от Солнца составляет примерно 3.90 х 10 * *26W.

Поток радиации, приходящийся на единицу площади, называется энергетической (радиационной) светимостью или освещенностью (или, в некоторых публикациях, поверхностной плотностью лучистого потока). Он определяется как:

и измеряется в ваттах на квадратный метр. Радиационная светимость потока

электромагнитной радиации, проходящего через площадь, ограниченную внешними

границами видимого диска Солнца (радиус которого - приблизительно 7 x 10**8 м), вычисляется по формуле:

Радиационную светимость излучения, достигающего Земли, можно определить, приняв, что его поток постоянен, таким образом

где R_3C - это среднее расстояние от Земли до Солнца (около 1.5 х 10¹¹ м) и RC - радиус Солнца. Это дает нам

Плотность распределения лучистой энергии по длинам волн вблизи данной длины волны X, называется монохроматическим потоком, спектральной плотностью потока радиации или излучательной способностью тела:

и имеет размерность ватт на квадратный метр на микрометр.

В общем случае, лучистый поток, проходящий через элементарную площадку за единицу времени, может состоять из лучей всевозможных направлений. Иногда бывает необходимым определить долю этого потока излучения, приходящего от определенных направлений в пределах некоего телесного угла dQ. Спектральная плотность, приведенная на единичный телесный угол, называется энергетической яркостью,

и измеряется в ваттах на квадратный метр на микрометр на стерадиан. Для этой величины также часто используется термин излучательная способность, которая обозначается буквой B (при ссылках на функцию Планка). Все эти определения обобщены в таблице 2.2.

Для того чтобы выразить соотношение между радиационной светимостью и энергетической яркостью количественно, необходимо определить зенитное расстояние, 0, как угол между направлением распространения потока излучения и нормалью к рассматриваемой поверхности. В этом случае компонент энергетической яркости, нормальный к данной поверхности, определяется, как I cos 0. Радиационная светимость представляет собой комбинированное воздействие нормальных компонент излучения, распространяющегося во всех направлениях в пределах полусферы, то есть

где в сферических координатах

Рисунок 2.1 представляет собой геометрическую иллюстрацию к введению понятия энергетической яркости.

Поле излучения, чья энергетическая яркость не зависит от направления, называется изотропным. В таком случае, можно легко показать, что интеграл по dQ равен величине п, так что

Энергетическая яркость чаще выражают как функцию частоты I(f), а не как функцию длины волны I(X). Т.к. соотношение длины волны и частоты выражается формулой f=c/X , из этого следует, что

Не следует смешивать I(X) и I(f): это разные величины. Ниже, в этой главе, о них будет рассказано подробнее.

2.4